基于GIS水文信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

戴彥群

(成都理工大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614007)

0 引 言

水文環(huán)境的影響不僅局限于環(huán)境范疇下，經(jīng)調(diào)查水文環(huán)境同時(shí)也深深地影響了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展[1-2]。如何提高和改善流域水環(huán)境狀況，如何建立水文信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)并完善水文信息管理系統(tǒng)，如何依托這些舉措構(gòu)建出國(guó)內(nèi)水環(huán)境安全保障體系，是當(dāng)下擺在面前極其重要而又緊迫的難題。建立基于GIS的水文信息管理系統(tǒng)能極大提高水文環(huán)境治理的工作效率[3-4]，改善水文信息管理觀念，改變職能部門面貌。

該文以四川省西充縣境內(nèi)的西充河流域?yàn)槔?，以ArcEngine為開發(fā)平臺(tái)[5]，建立一個(gè)面向管理層的水文信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)有效結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和組件式GIS技術(shù)(components GIS，ComGIS)，具有河流域水文信息空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的高效管理與統(tǒng)計(jì)分析能力，可以便捷直觀地顯示和分析西充河流域的水文污染狀況、主要河流水質(zhì)測(cè)評(píng)結(jié)果、污染源類型、污染源分布、流域城鎮(zhèn)相關(guān)信息等，且具有生成報(bào)表和專題圖的能力，為西充河流域的水文環(huán)境管理和決策提供強(qiáng)大的技術(shù)與數(shù)據(jù)支持，可以極大地提高管理者對(duì)西充河流域水文環(huán)境管理工作的效率[6-7]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循“系統(tǒng)穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全”，“功能設(shè)計(jì)模塊化”，“注重成本控制、適用性強(qiáng)”，“用戶合作”和“注重設(shè)計(jì)前瞻性”。

(1)系統(tǒng)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)安全。

系統(tǒng)首先要運(yùn)行流暢，容錯(cuò)性好，對(duì)軟件誤操作要有考慮準(zhǔn)備，然后添加用戶的權(quán)限管理，增強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)的安全性保護(hù)。

(2)功能設(shè)計(jì)模塊化。

根據(jù)軟件設(shè)計(jì)規(guī)范和對(duì)功能需求的結(jié)構(gòu)劃分來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能模塊，提高開發(fā)效率，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

(3)注重成本控制，適用性強(qiáng)。

系統(tǒng)開發(fā)資金有限，在保證完整的功能實(shí)現(xiàn)的前提下盡量采用價(jià)格更為低廉的解決方案。

(4)用戶合作。

系統(tǒng)的使用對(duì)象的體驗(yàn)十分重要，可用、易用的系統(tǒng)不僅可為系統(tǒng)增加用戶量，更能讓系統(tǒng)功能更有效、更實(shí)用。

(5)注重設(shè)計(jì)前瞻性。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)不應(yīng)只著眼于解決當(dāng)前問題，還應(yīng)有相當(dāng)?shù)牟僮髑罢靶院透倪M(jìn)，需對(duì)用戶可能會(huì)有的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)以后的功能需求留下改進(jìn)的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)那罢靶浴?/p>

1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

傳統(tǒng)的水文信息管理系統(tǒng)只有純粹的數(shù)據(jù)庫(kù)信息的管理功能，根本不涉及空間數(shù)據(jù)的管理與分析；今后的水文信息管理系統(tǒng)將集成GIS系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)的全部功能，可以預(yù)見的是，GIS技術(shù)將與水文信息管理結(jié)合更密切，GIS技術(shù)在水文領(lǐng)域的應(yīng)用將更廣泛。

地理信息系統(tǒng)技術(shù)在空間分析方面有著得天獨(dú)厚的強(qiáng)大能力，水文專業(yè)模型則為專業(yè)的水文分析、評(píng)價(jià)提供科學(xué)的解決計(jì)算思路。二者結(jié)合，將進(jìn)一步為水環(huán)境部門職能有效管理和決策者的科學(xué)決策提供科學(xué)的信息支持。這既是水文領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者們長(zhǎng)久以來的共同追求，也是基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的水文信息管理系統(tǒng)下一步發(fā)展的大趨勢(shì)。將功能模塊組件化，在統(tǒng)一的平臺(tái)下，這些組件的可復(fù)用性大大增強(qiáng)，這種理論已經(jīng)成為快速搭建開發(fā)水文信息管理系統(tǒng)的一種熱門技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中得到了飛速發(fā)展。

該文的水文信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是針對(duì)河流域的地理信息，以先進(jìn)的組件式GIS為開發(fā)平臺(tái)[8-11]，結(jié)合成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化程度高的水文信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)擁有對(duì)水文信息極強(qiáng)的分析功能，其結(jié)果用最為直觀的圖表展示出來，同時(shí)依托GIS對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理[12]，管理者可以直觀地了解和分析河流域污染狀況、水質(zhì)狀況等。此外，此系統(tǒng)具備生成報(bào)表和專題圖的能力，為環(huán)保部門對(duì)河流域水文信息的管理提供強(qiáng)有力的平臺(tái)與技術(shù)支持[13]。建設(shè)目標(biāo)具體包括：

(1)建立1∶10 000比例尺基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)部門基礎(chǔ)地理信息要素的顯示和檢索；

(2)采用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)建立河流域水文信息管理系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)河流域水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)斷面的準(zhǔn)確定位；

(3)開發(fā)基于ArcEngine的水文信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地圖顯示、圖屬互查、地圖操作等基本操作；實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)信息的可視化管理，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的互查；實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)及可視化表達(dá)；實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)的查詢、添加、編輯和刪除，可以對(duì)月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和年平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，生成報(bào)表和趨勢(shì)情況；實(shí)現(xiàn)流域工礦企業(yè)污染管理，可對(duì)污染企業(yè)進(jìn)行查詢、新建、編輯和刪除，生成統(tǒng)計(jì)圖和專題圖。

1.3 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境主要由開發(fā)語(yǔ)言、GIS組件開發(fā)平臺(tái)、開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)四個(gè)部分組成。

(1)開發(fā)語(yǔ)言。

該系統(tǒng)采用的開發(fā)語(yǔ)言是VisualC#，一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。C#繼承了C語(yǔ)言的表示形式和優(yōu)美，同時(shí)引入對(duì)象思想，從而實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序的快速開發(fā)。

由于大部分GIS平臺(tái)都是基于.net環(huán)境開發(fā)，同時(shí)幾乎全部的數(shù)據(jù)庫(kù)都支持.net環(huán)境部署，所以選用C#作為水文信息管理系統(tǒng)是切實(shí)可行的。

(2)GIS開發(fā)平臺(tái)。

ArcGIS是ESRI公司系列產(chǎn)品中最為經(jīng)典、功能最強(qiáng)大的專業(yè)GIS產(chǎn)品，它是ESRI公司在GIS領(lǐng)域的標(biāo)桿。ArcGIS可運(yùn)行于當(dāng)前市面上的各種平臺(tái)。ArcGIS是世界上最全面的、可擴(kuò)展性最強(qiáng)的GIS軟件。用戶利用ArcGIS進(jìn)行專業(yè)的GIS操作，可進(jìn)行各方面的數(shù)據(jù)構(gòu)建、模擬、分析以及地圖的屏幕顯示和輸出。

系統(tǒng)GIS組件平臺(tái)采用美國(guó)ESRI公司的ArcEngine，它包含一個(gè)構(gòu)建定制應(yīng)用的開發(fā)包，開發(fā)人員可以調(diào)用其中的3 000多個(gè)組件對(duì)象，這些組件對(duì)象包含了ArcGIS桌面端的所有GIS功能，開發(fā)人員可以在它的幫助下快速、學(xué)習(xí)成本低的進(jìn)行GIS應(yīng)用開發(fā)，在自己開發(fā)的應(yīng)用中嵌入GIS。

(3)開發(fā)工具。

該系統(tǒng)開發(fā)使用的工具是微軟公司的Visual Studio(簡(jiǎn)稱VS)，VS的集成開發(fā)環(huán)境適用于微軟支持的所有平臺(tái)。Visual Studio是目前應(yīng)用最廣泛、最強(qiáng)大的.net平臺(tái)應(yīng)用程序的集成開發(fā)環(huán)境。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)。

該系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。SQLite是一款輕型的、嵌入式的數(shù)據(jù)庫(kù)。它能夠支持當(dāng)今世界主流的操作系統(tǒng)，同時(shí)能夠跟很多程序語(yǔ)言相結(jié)合，數(shù)據(jù)處理速度十分快。SQLite是一款免費(fèi)開源的數(shù)據(jù)庫(kù)，所以能為系統(tǒng)開發(fā)節(jié)省大量成本，符合西充縣水文信息管理系統(tǒng)成本控制的設(shè)計(jì)原則。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用Client/Server(客戶機(jī)/服務(wù)器)的開發(fā)體系，Client/Server依托網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在前臺(tái)管理用戶的業(yè)務(wù)需求，在后臺(tái)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、管理數(shù)據(jù)。Client/Server結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算，可以根據(jù)兩端的硬件水平?jīng)Q定處理任務(wù)的分配，以期達(dá)到系統(tǒng)最佳性能。

水文信息管理系統(tǒng)的核心功能模塊是：地圖模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、系統(tǒng)管理模塊。具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.地圖模塊。

該模塊主要實(shí)現(xiàn)基本的GIS功能：地圖數(shù)據(jù)瀏覽、管理圖層、監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖屬互查、地圖恢復(fù)和其他GIS功能。

(1)地圖數(shù)據(jù)瀏覽。

可以直觀展示西充河流域的空間數(shù)據(jù)，用戶能利用漫游、全圖、前后視圖、標(biāo)簽、定位、選擇要素等功能控制顯示該地區(qū)的水文空間信息要素。

(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖屬互查。

用戶能使用地圖要素點(diǎn)選擇操作，選感興趣的對(duì)象，依次展示該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；用戶也能根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)屬性信息查出該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在地圖中的空間表達(dá)[14]，同時(shí)顯示出其相關(guān)的數(shù)據(jù)。

(3)管理圖層。

用戶可以依據(jù)個(gè)人喜好設(shè)置相關(guān)圖層的隱藏/顯示屬性來突出某些圖層的顯示，同時(shí)還具備圖層重命名、圖層索引改變、地圖符號(hào)化、地圖標(biāo)注及地圖渲染等管理功能。

(4)地圖恢復(fù)。

當(dāng)用戶修改了地圖符號(hào)化設(shè)置、地圖標(biāo)注設(shè)置后不滿意，可以恢復(fù)成系統(tǒng)對(duì)每個(gè)圖層的默認(rèn)渲染風(fēng)格。

(5)監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理。

用戶可以在地圖空間中，通過位置信息定位或直接點(diǎn)擊來可視化地創(chuàng)建、編輯、刪除和查看流域內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息。

(6)其他GIS功能。

其他GIS功能主要是提供對(duì)當(dāng)前地圖的鷹眼視圖，同時(shí)提供對(duì)鷹眼視圖的控制。

2.數(shù)據(jù)管理模塊。

該模塊主要提供對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染類型數(shù)據(jù)、污染源信息數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理。

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理。

用戶可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息、月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和年平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、添加、修改和刪除操作。

(2)污染源類型數(shù)據(jù)管理。

用戶可以對(duì)污染源入河量數(shù)據(jù)和排放量數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、添加、修改和刪除操作。

(3)污染源信息數(shù)據(jù)管理。

用戶可以對(duì)集中式生活污水排放信息、集中式生活垃圾處理信息、規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖信息、流域工礦企業(yè)信息和流域干流排污口的信息進(jìn)行查看、添加、修改和刪除操作。

(4)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。

用戶可以對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量、監(jiān)測(cè)斷面、監(jiān)測(cè)河流和鄉(xiāng)政區(qū)劃信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、添加、修改和刪除操作。

3.統(tǒng)計(jì)分析模塊。

該模塊主要向用戶提供月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、年平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源入河量和污染源排放量的趨勢(shì)分析和對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)能夠讓用戶自定義統(tǒng)計(jì)量分析和分析數(shù)據(jù)的結(jié)果導(dǎo)出。

(1)多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

該功能支持用戶對(duì)數(shù)據(jù)的月、年變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，也能對(duì)歷史同期數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，統(tǒng)計(jì)圖表提供高度定制化，以期讓用戶可以制作出精美的分析圖表。

(2)結(jié)果輸出。

該功能支持用戶將分析結(jié)果以Word、Excel等多種格式導(dǎo)出保存。

4.系統(tǒng)管理模塊。

該模塊主要向用戶提供了數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)和用戶管理等系統(tǒng)管理運(yùn)維的功能。

(1)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)操作。

本功能支持用戶以Excel、SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)格式導(dǎo)入和導(dǎo)出數(shù)據(jù)，同時(shí)提供數(shù)據(jù)庫(kù)的備份與恢復(fù)功能，切實(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)的共享自由度和安全性。

(2)用戶管理。

該功能向管理員提供系統(tǒng)用戶的管理功能，可以對(duì)用戶登錄、部門管理等進(jìn)行操作，同時(shí)最為關(guān)鍵的是限制用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作權(quán)限，防止誤操作導(dǎo)致數(shù)據(jù)污染，切實(shí)保護(hù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3 空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

迄今為止，尚未制定一套能在全國(guó)或省、市范圍內(nèi)通用的水文信息管理系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。對(duì)平臺(tái)選擇、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從而使得各套系統(tǒng)之間只能自選平臺(tái)方案。這導(dǎo)致已建成的系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無(wú)法共享，系統(tǒng)無(wú)法連接網(wǎng)，形成一個(gè)一個(gè)的“信息孤島”，造成資源的巨大浪費(fèi)。

屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)結(jié)合松散，目前的系統(tǒng)大多都沒有結(jié)合屬性和空間數(shù)據(jù)，都是分開儲(chǔ)存，分開分析的。兩種數(shù)據(jù)完全分開會(huì)導(dǎo)致屬性數(shù)據(jù)在時(shí)空特征方面的分析受到極大阻礙，同時(shí)對(duì)于保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而且數(shù)據(jù)更新將極為不便；屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)混為一體存放，會(huì)導(dǎo)致管理混亂，數(shù)據(jù)更新不便，同時(shí)無(wú)法快速做出統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)以上問題，該文設(shè)計(jì)的水文信息管理系統(tǒng)選用輕量級(jí)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)來存儲(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)的存取主要通過ArcSDE來訪問管理，屬性數(shù)據(jù)的訪問管理由SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)引擎來完成。

西充河流域水文信息的數(shù)據(jù)主要是由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成，主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)(行政區(qū)劃、人口分布、工業(yè)經(jīng)濟(jì)、土地利用類型、水系數(shù)據(jù)等)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)河流斷面信息、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如水中氨含量、氮含量、PH值、鉛含量、鎘含量等)。水文信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)主要有以下兩點(diǎn)：第一，數(shù)據(jù)量大。各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、河流監(jiān)測(cè)斷面歷年的月監(jiān)測(cè)信息及其年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量非常巨大；第二，數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與污染信息都在不斷實(shí)時(shí)更新。具體設(shè)計(jì)如下：

1.空間數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

空間數(shù)據(jù)由基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)三大部分組成。所有原始數(shù)據(jù)都以ShapeFile格式存儲(chǔ)于文件數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)通過ArcSDE來管理，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中以信息要素分組的方式進(jìn)行分組管理，使得數(shù)據(jù)層次更加鮮明[15]。空間數(shù)據(jù)由內(nèi)容分為3個(gè)類型，即基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)都由很多的點(diǎn)、線、面圖層構(gòu)成。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括行政域內(nèi)所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱、流域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)邊界、河流水系流域界線、鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃界線等。具體如表1所示。專題地圖數(shù)據(jù)包括人口密度專題數(shù)據(jù)、農(nóng)村生活污水總等標(biāo)污染負(fù)荷比專題數(shù)據(jù)、化肥總等標(biāo)污染負(fù)荷比專題數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)地表總等標(biāo)污染負(fù)荷比專題數(shù)據(jù)、土地利用類型專題數(shù)據(jù)等。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括各鄉(xiāng)鎮(zhèn)GDP值專題數(shù)據(jù)、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口分布專題數(shù)據(jù)等。

表1 空間數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

2.屬性數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

大部分屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)并無(wú)多大關(guān)聯(lián)，強(qiáng)行與GIS結(jié)合并無(wú)多大意義，反而容易造成數(shù)據(jù)污染，性能損失，因此將屬性數(shù)據(jù)庫(kù)由專門的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，將與空間數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)較深的對(duì)象設(shè)置共同的關(guān)聯(lián)字段達(dá)到與空間數(shù)據(jù)庫(kù)的互動(dòng)。

屬性數(shù)據(jù)主要包括四大類數(shù)據(jù)：監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染類型數(shù)據(jù)、污染源信息數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)。具體如表2所示。

表2 屬性數(shù)據(jù)庫(kù)

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

該類數(shù)據(jù)包含監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)污染源信息數(shù)據(jù)。

該類數(shù)據(jù)包含污染源進(jìn)入量數(shù)據(jù)和污染源排放量數(shù)據(jù)。

(3)污染類型數(shù)據(jù)。

該類數(shù)據(jù)包含集中式生活污水排放信息、集中式生活垃圾處理信息、規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖信息、流域工礦企業(yè)信息和流域干流排污口信息。

(4)基礎(chǔ)類型數(shù)據(jù)。

該類數(shù)據(jù)包含地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量、監(jiān)測(cè)斷面、監(jiān)測(cè)河流和鄉(xiāng)政區(qū)劃信息數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)連接設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)將全部數(shù)據(jù)表建立成數(shù)據(jù)模型，在系統(tǒng)里統(tǒng)一管理，這種設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)操作的數(shù)據(jù)格式與數(shù)據(jù)庫(kù)一致。用ArcSDE來訪問空間數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)則由自己開發(fā)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問層來實(shí)現(xiàn)。

4 實(shí)驗(yàn)分析

該系統(tǒng)采用SQLite來存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并通過Arc-SDE 10.2來管理地理信息數(shù)據(jù)，開發(fā)平臺(tái)應(yīng)用Visual Studio 2012，通過C#語(yǔ)言來調(diào)用ArcEngine 10.2服務(wù)接口進(jìn)行客戶端桌面開發(fā)，系統(tǒng)采用了DevExpress 15.2控件進(jìn)行頁(yè)面布置。采用C#高級(jí)編程語(yǔ)言對(duì)ArcEngine進(jìn)行二次開發(fā)，降低了GIS二次開發(fā)的難度，依托Visual Studio工具，提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率。將GIS和水文信息管理系統(tǒng)結(jié)合，完美解決了傳統(tǒng)方式在可視化管理的不足，并且讓系統(tǒng)對(duì)水文數(shù)據(jù)的空間分析能力得到較大的提升。采用了四川省西充縣數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地圖基本功能模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和系統(tǒng)管理模塊等。地圖功能模塊主要實(shí)現(xiàn)基本的GIS功能：地圖數(shù)據(jù)瀏覽、管理圖層、監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖屬互查、地圖恢復(fù)和其他GIS功能。主界面如圖2所示。

圖2 地圖瀏覽

地圖數(shù)據(jù)瀏覽實(shí)現(xiàn)了可以直觀展示西充河流域的空間數(shù)據(jù)，用戶能利用工具欄的漫游、全圖、前后視圖、放大縮小、查看要素等功能控制該區(qū)域的水文信息要素。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖屬互查實(shí)現(xiàn)了能使用地圖要素點(diǎn)選擇操作，選感興趣的對(duì)象，依次展示該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。用戶也可以根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)屬性信息查出該監(jiān)測(cè)點(diǎn)在地圖中的空間表達(dá)。管理圖層實(shí)現(xiàn)了依據(jù)個(gè)人喜好設(shè)置相關(guān)圖層的隱藏/顯示屬性來突出某些圖層，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖層重命名、圖層索引改變、地圖符號(hào)化、地圖標(biāo)注及地圖渲染等圖層管理功能。地圖恢復(fù)功能實(shí)現(xiàn)了恢復(fù)成系統(tǒng)對(duì)各圖層默認(rèn)的渲染風(fēng)格。監(jiān)測(cè)點(diǎn)管理，主要是為了在地圖上將監(jiān)測(cè)點(diǎn)可視化并存入相關(guān)信息，用戶可以在地圖空間中，通過位置信息定位或直接點(diǎn)擊來可視化地創(chuàng)建、編輯、刪除和查看流域內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息。

數(shù)據(jù)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、污染源類型數(shù)據(jù)管理、污染源信息數(shù)據(jù)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)是以表格形式展示，主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、刪除、編輯、查詢等操作。具體如圖3所示。

數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)現(xiàn)了向用戶主要提供月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、年平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源入河量和污染源排放量的趨勢(shì)分析和對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)支持用戶高度自定義統(tǒng)計(jì)量分析和分析數(shù)據(jù)的結(jié)果導(dǎo)出。

支持用戶將分析結(jié)果以Word、Excel等多種格式導(dǎo)出保存。參數(shù)構(gòu)造區(qū)：構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量，確定統(tǒng)計(jì)類型，同時(shí)可以修改已參與統(tǒng)計(jì)分析的統(tǒng)計(jì)量，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量的高度定制化，靈活性非常強(qiáng)。結(jié)果呈現(xiàn)區(qū)：此區(qū)域顯示分析結(jié)果，同時(shí)也是數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)圖面的主要繪制區(qū)域。

圖3 數(shù)據(jù)修改

該功能支持用戶對(duì)數(shù)據(jù)的月、年變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，也能對(duì)歷史同期數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，同時(shí)也能添加標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，這里對(duì)西充河流域2010～2011年10月份的生化需氧量、氨氮含量進(jìn)行趨勢(shì)分析，同時(shí)有標(biāo)準(zhǔn)值作對(duì)比，結(jié)果如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

5 結(jié)束語(yǔ)

采用GIS平臺(tái)對(duì)水文信息管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，結(jié)合GIS軟件平臺(tái)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、空間分析，整合城市水文信息資源，同時(shí)依據(jù)水文信息管理需求對(duì)功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)在原有對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理的基礎(chǔ)上，同時(shí)兼具了統(tǒng)計(jì)分析的能力，彌補(bǔ)傳統(tǒng)水文信息管理中只能以單一的純文字表格或純圖形來表達(dá)，而且還能挖掘出其他數(shù)據(jù)，可以很好地滿足水文信息管理工作的實(shí)際需要。最后采用西充縣的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，通過實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)用性。為基于GIS平臺(tái)的水文信息管理系統(tǒng)的建設(shè)提供了理論依據(jù)和具有實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)參考。